隨著Unity支持的平臺數(shù)量不斷增加，內(nèi)置渲染管線的局限也日益明顯。由此，Unity發(fā)布兩款新的可編程渲染管線（SRP）：HDRP和URP，為用戶提供高靈活度和豐富的自定義空間，增強性能、加速迭代以釋放創(chuàng)意潛能。目前，圖形團隊正努力還原用戶所熟悉的所有功能，并在此基礎(chǔ)上加上更好的性能、更廣的定制空間和更多的工作流程。
URP是Unity預(yù)先打造好的可編程渲染管線（SRP）應(yīng)用。它的工作流程十分便于美術(shù)創(chuàng)作，還可在大部分平臺上呈現(xiàn)高度優(yōu)化的圖形。通過使用Shader Graph和VFX Graph等工具，沒有編程經(jīng)驗的創(chuàng)作者也可以在URP上編寫著色器和GPU渲染效果。
URP能幫助創(chuàng)作者實現(xiàn)性能與質(zhì)量的平衡，管線的特色功能能將具備高質(zhì)量圖像的游戲和應(yīng)用部署到多種移動設(shè)備上。如果想把項目從內(nèi)置渲染管線移植到URP，用戶首先需要手動改寫著色器。
本文由Arm公司的Roberto Lopez Mendez聯(lián)合撰寫，討論了基于內(nèi)置渲染管線打造的Arm項目向URP的移植，涵蓋了內(nèi)置著色器到URP的自動轉(zhuǎn)換、自定義著色器轉(zhuǎn)換、LightMode標(biāo)簽的使用以及好處、如何用自定義著色器實現(xiàn)基于本地Cubemap的動態(tài)軟陰影。
移植著色器到URP：基礎(chǔ)篇
首先，將URP包添加到用戶的項目中。選擇Window>Package Manager來打開Package Manager，從列表中安裝Universal RP。要想升級著色器，找到Edit>Render Pipeline>Universal Render Pipeline>Upgrade Project Materials to URPipeline Materials選項。這一步能將Unity內(nèi)置著色器自動轉(zhuǎn)換成一套URP著色器，幾乎所有的舊版著色器都會轉(zhuǎn)換成Universal Render Pipeline/Simple Lit著色器。
舊版著色器與URP著色器源碼比較
要想了解轉(zhuǎn)換過程“底層”流程，一個快速的方法是查看舊版與URP著色器的源碼。請先從Unity下載庫中下載內(nèi)置著色器。選擇Windows或Mac平臺，再選擇Built-in shaders。解開文件可以看到280多個著色器被分組在不同的文件夾里。
以Mobile-Diffuse著色器為例，該著色器將被轉(zhuǎn)換為URP/Simple Lit著色器。很多URP著色器都來自URP GitHub倉庫的Shader文件夾，以及Unity工程師Felipe Lira放在GitHub上的UniversalShaderExamples。
對于這個項目，Arm的開發(fā)者們決定使用URP Template中的示例場景。他們將“Drywall panel”游戲?qū)ο蟮闹鲝腢RP/Lit改成了URP/Simple Lit，然后在Edit選項里打開了源碼。
在比較URP SimpleLit.shader和Mobile-Diffuse.shader時，首先要注意到SubShader標(biāo)簽上的"RenderPipeline"="UniversalPipeline"鍵值對：
SubShader的標(biāo)簽"RenderPipeline"將告訴Unity哪些渲染管線使用這個SubShader。值是"UniversalPipeline"表示Unity應(yīng)在URP上使用這個SubShader。
在Render Pass（渲染通道）的代碼里，你可以看到著色器的代碼是使用HLSLPROGRAM/ENDHLSL宏來分隔的：
這些宏表明，原本的CG著色器編程語言（C for Graphics）已經(jīng)被High-Level Shading Language（高級著色語言，HLSL）取代，盡管著色器的語法和功能基本相同。Unity的著色器文件使用ShaderLab語法來定義著色器屬性、SubShader和Pass。對于URP來說，這些Pass里面的著色器代碼是用HLSL寫的。
大部分ShaderLab內(nèi)容與內(nèi)置渲染管線相比并無不同，但由于兩個管線內(nèi)部的光照生成流程有所不同，為內(nèi)置渲染管線編寫的ShaderLab著色器將自動被URP禁用。這表示URP著色器對光照的處理不同于內(nèi)置渲染管線。
內(nèi)置渲染管線會對每一束照射到物體上的光單獨進行著色，而URP則在一個Pass里將所有光照和著色任務(wù)排列成組完成。這種差異使得URP會以不同的結(jié)構(gòu)存儲光照數(shù)據(jù)，并使用全新標(biāo)準(zhǔn)的著色庫。
在渲染時，Unity會調(diào)取第一段受GPU支持的SubShader代碼塊。如果這段SubShader代碼不包含"RenderPipeline"="UniversalPipeline"標(biāo)簽，則著色器就不會運行于URP中。而Unity將繼續(xù)運行下一個SubShader（如果有的話）。如果所有SubShader均不受GPU支持，則Unity會用大家熟悉的洋紅色進行著色并標(biāo)示錯誤。
一個SubShader可以包含多個Pass渲染通道，且每個通道都必須標(biāo)記上一個具體的光照模式（LightMode）。由于URP使用的是單通道前向渲染器（Forward Renderer），管線只會將GPU支持的第一個"UniversalForward"通道用于渲染。
著色器升級程序能自動將內(nèi)置著色器升級為URP著色器，幫用戶解決了繁雜的部分。那么自定義著色器又要怎樣升級呢？
自定義著色器
用戶需要采取額外的步驟才能將自定義著色器升級為URP著色器。第一步是用HLSL替代.cginc include文件。
其他實用HLSL include
內(nèi)置著色器函數(shù)是著色器編程的基礎(chǔ)。它們不僅能節(jié)省用戶的時間，還能優(yōu)化常見的運算。以這個include文件為例。它所包含的功能函數(shù)主要有平臺特定功能、常見數(shù)學(xué)函數(shù)、紋理實用程序、紋理格式采樣、深度編碼/解碼、空間變形、地形/筆刷高度圖編碼/解碼以及其他實用程序。
移植著色器到URP：高級步驟
LightMode標(biāo)簽
LightMode標(biāo)簽定義了Pass在光照管線上的作用。在內(nèi)置渲染管線中，大多數(shù)與光照互動的著色器都會被寫成十分詳細的Surface Shader（表面著色器）。不過，自定義的內(nèi)置著色器需要用LightMode標(biāo)簽來指明Pass在光照管線上的處理方法。
下表標(biāo)出了內(nèi)置渲染管線每個LightMode標(biāo)簽對應(yīng)的URP標(biāo)簽。部分舊版內(nèi)置渲染管線的標(biāo)簽不受URP支持：
·MovtionVectors
·PrepassBase
·PrepassFinal
·Vertex
·VertexLMRGBM
·VertexLM
同時，有些URP中的標(biāo)簽也沒有對應(yīng)的內(nèi)置渲染管線標(biāo)簽。
關(guān)于內(nèi)置渲染管線了解更多：
https://docs.unity3d.com/Manual/SL-PassTags.html
關(guān)于URP了解更多：
https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.render-pipelines.universal 10.3/manual/urp-shaders/urp-shaderlab-pass-tags.html
替換著色器
URP目前不支持替換著色器。Dynamic Soft Shadows Based on Local Cubemaps項目原本是為內(nèi)置渲染管線編寫的。如下圖所示，項目使用了簡單的Custom/ctShadowMap著色器來替代棋子的原著色器進行渲染。
陰影攝像機被放在光照的位置，并借助著色器將棋子的外形渲染成一張紋理。這張紋理再被投射到棋盤上，產(chǎn)生棋子的影子。
不過，URP有一個替代方案。下方流程大致展示了棋子陰影的生成方法（詳細信息請見Unity資源商店上的項目Readme文件）：
1.在項目窗口中右擊新建一個URP Renderer Asset。選擇Create>Rendering>Universal Render Pipeline>Forward Renderer，將其命名為如Camera Replacement Renderer。
2.點擊Camera Replacement Renderer Asset來編輯其屬性。
3.將Filtering過濾方式下的Opaque Layer Mask和Transparent Layer Mask改為Nothing，禁用正常的攝像機渲染（否則，所有對象都會被渲染兩次）。
4.點擊Add Renderer Feature，選擇Render Objects（Experimental）。
5.點擊并重命名新創(chuàng)建的New Render Objects（Render Objects）。用戶將看到以下幾個選項：
·將Filters>Layer Mask設(shè)置為想要渲染的圖層。
·將Overrides>Material設(shè)置為使用替換著色器的材質(zhì)。
6.選擇Assets/Settings/UniversalRP-HighQuality.asset，點擊+來添加一個新的渲染器，并拖入創(chuàng)建的Camera Replacement Renderer資產(chǎn)。
選擇使用替換著色器的攝像機，將Renderer設(shè)置為配置好的新URP Renderer Asset：
后處理
后處理效果的種類取決于使用中的渲染管線。內(nèi)置渲染管線的后處理與URP的后處理并不兼容。兩者間的不同大致如下：
內(nèi)置
默認不包含后處理方案；要想使用后處理效果，用戶需要使用Package Manager下載Post-Processing Version 2包，也稱為Post-Processing Stack V2（PPv2）。
URP
包括了自己的后處理方案，Unity會在創(chuàng)建URP模板項目時自動安裝該方案；詳見URP后處理文檔。
要想利用后處理效果，請使用集成的體積系統(tǒng)，也叫做Post-Processing V3/PPv3。該系統(tǒng)包括了柔光、色差、景深、色彩調(diào)整、色調(diào)映射和暈影等效果。
Unity 2019.3的URP加入了一個集成的后處理堆棧，使管線有了若干的性能改進。更新后的堆棧還能支持?jǐn)z像機運動模糊和體積框架等新效果。
然而，PPv3不支持自定義的后處理效果，所以2019.4 LTS仍支持PPv2以作為備選方案。若想在2019.4 LTS中使用自定義效果，請將后處理的Feature Set從集成方案設(shè)置為Post-Processing V2（如已安裝）。
后處理在移動端會帶來高能耗，這些效果將占用大量的幀時間。URP有幾種對移動設(shè)備更友好的效果：
·柔光（禁用了High-Quality Filtering）
·色差
·顏色分級
·鏡頭失真
·暈影
現(xiàn)在就來移植你的著色器吧
SRP的引入是Unity最大的轉(zhuǎn)變之一，因為SRP支持用C#腳本安排和配置渲染指令。URP的主要作用在于高效地創(chuàng)建可擴展、畫面流暢的圖形——既保證高端設(shè)備上的圖形質(zhì)量，又保證低端設(shè)備上的圖形性能。
在這些資源的助力下，相信著色器的移植工作會更加輕松便捷。
Unity Grow
專欄
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